TiO 2 avastamise tegid peaaegu samaaegselt ja sõltumatult inglane W. Gregor ja saksa keemik M. G. Klaproth. W. Gregor, uurides magnetilise raudliiva koostist (Creed, Cornwall, Inglismaa, 1789), eraldas tundmatust metallist uue "maa" (oksiidi), mida nimetas menakeniks. 1795. aastal avastas saksa keemik Klaproth mineraalses rutiilis uue elemendi ja nimetas selle titaaniks ning tegi hiljem kindlaks, et rutiil ja menakenmuld on sama elemendi oksiidid. Esimese metallilise titaani proovi sai 1825. aastal J. Ya. Berzelius. Puhta Ti proovi said hollandlased A. van Arkel ja J. de Boer 1925. aastal titaanjodiidi TiI 4 aurude termilise lagundamise teel.
Füüsikalised omadused:
Titaan on kerge, hõbevalge metall. Plastik, keevitatud inertses atmosfääris.
Sellel on kõrge viskoossus, töötlemise ajal kipub see lõiketööriista külge kleepuma ja seetõttu on tööriistale vaja spetsiaalseid katteid, erinevaid määrdeaineid.
Keemilised omadused:
Normaaltemperatuuril on see kaetud kaitsva passiveeriva oksiidkilega, korrosioonikindel, kuid pulbriks purustatuna põleb õhu käes. Titaani tolm võib plahvatada (leekpunkt 400°C). Õhus kuumutamisel temperatuurini 1200 °C põleb titaan läbi muutuva koostisega TiO x oksiidifaaside moodustumisega.
Titaan on vastupidav paljude hapete ja leeliste (välja arvatud HF, H 3 PO 4 ja kontsentreeritud H 2 SO 4) lahjendatud lahustele, kuid see reageerib kergesti isegi nõrkade hapetega kompleksimoodustajate juuresolekul, näiteks vesinikfluoriidhappega HF moodustab kompleksaniooni 2-.
Kuumutamisel interakteerub titaan halogeenidega. Lämmastikuga üle 400°C moodustab titaan nitriidi TiN x (x=0,58-1,00). Kui titaan interakteerub süsinikuga, tekib titaankarbiid TiC x (x=0,49-1,00).
Titaan neelab vesinikku, moodustades muutuva koostisega ühendeid TiH x . Kuumutamisel lagunevad need hüdriidid H 2 eraldumisega.
Titaan moodustab paljude metallidega sulameid.
Ühendites on titaanil oksüdatsiooniaste +2, +3 ja +4. Kõige stabiilsem oksüdatsiooniaste on +4.
Kõige olulisemad ühendused:
Titaan dioksiid, TiO 2 . Valge pulber, kuumutamisel kollane, tihedus 3,9-4,25 g/cm 3 . Amfotereen. Kontsentreeritud H2SO4-s lahustub see ainult pikaajalisel kuumutamisel. Sulandumisel sooda Na 2 CO 3 või kaaliumkloriidiga K 2 CO 3 moodustab TiO 2 oksiid titanaadid:
TiO 2 + K 2 CO 3 \u003d K 2 TiO 3 + CO 2
Titaan(IV)hüdroksiid, TiO(OH) 2 *xH 2 O, sadestatakse titaanisoolade lahustest, see kaltsineeritakse hoolikalt, et saada TiO 2 oksiid. Titaan(IV)hüdroksiid on amfoteerne.
Titaantetrakloriid, TiCl 4 , tavatingimustes - kollakas, tugevalt suitsev vedelik õhus, mis on seletatav TiCl 4 tugeva hüdrolüüsiga veeauruga ning pisikeste HCl tilkade ja titaanhüdroksiidi suspensiooni moodustumisega. Keev vesi hüdrolüüsib titaanhappeks(??). Titaan(IV)kloriidi iseloomustab liitumisproduktide moodustumine, näiteks TiCl 4 *6NH 3, TiCl 4 *8NH 3, TiCl 4 *PCl 3 jne. Titaan(IV)kloriidi lahustamisel HCl-s moodustub komplekshape H2, mis on vabas olekus tundmatu; selle Me 2 soolad kristalliseeruvad hästi ja on õhu käes stabiilsed.
TiCl 4 redutseerimine vesiniku, alumiiniumi, räni ja teiste tugevate redutseerivate ainetega andis titaantrikloriidi ja dikloriidi TiCl 3 ja TiCl 2 – tugevate redutseerivate omadustega tahkeid aineid.
Titaannitriid- on interstitsiaalne faas, millel on lai homogeensus, kristallid, millel on kuubikujuline näokeskne võre. Saada - titaani nitrideerimisel temperatuuril 1200 ° C või muudel meetoditel. Seda kasutatakse kuumakindla materjalina kulumiskindlate kattekihtide loomiseks.
Rakendus:
sulamite kujul. Metalli kasutatakse keemiatööstuses (reaktorid, torustikud, pumbad), kergsulamites, osteoproteesides. See on kõige olulisem konstruktsioonimaterjal lennuki-, raketi- ja laevaehituses.
Titaan on mõne terase klassi legeeriv lisand.
Nitinool (nikkel-titaan) on kujumälu sulam, mida kasutatakse meditsiinis ja tehnoloogias.
Titaanaluminiidid on väga oksüdatsiooni- ja kuumakindlad, mis omakorda määras nende kasutamise lennunduses ja autotööstuses konstruktsioonimaterjalina.
Ühenduste kujul Valget titaandioksiidi kasutatakse värvides (näiteks titaanvalge), samuti paberi ja plasti tootmisel. Toidu lisaaine E171.
Orgaanilisi taaniühendeid (nt tetrabutoksütitaan) kasutatakse katalüsaatorina ja kõvendina keemia- ja värvitööstuses.
Anorgaanilisi titaaniühendeid kasutatakse keemia-, elektroonika-, klaaskiutööstuses lisandina.
Matigorov A.V.
HF Tjumeni Riiklik Ülikool
Tsirkoonium ja hafnium moodustavad ühendeid oksüdatsiooniastmes +4, titaan on samuti võimeline moodustama ühendeid oksüdatsiooniastmes +3.
Ühendid oksüdatsiooniastmega +3. Titaan(III)ühendid saadakse titaan(IV)ühendite redutseerimisel. Näiteks:
1200 ºС 650 ºС
2TiO2 + H2¾® Ti2O3 + H2O; 2TiCl4 + H2¾® 2TiCl3 + 2HCl
Titaan(III) ühendid on lillad. Titaanoksiid praktiliselt ei lahustu vees, sellel on põhilised omadused. Oksiid, kloriid, Ti 3+ soolad on tugevad redutseerijad:
4Ti +3 Cl 3 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4Ti +4 OCl 2 + 4HCl
Titaan(III) ühendite puhul on võimalikud disproportsioonireaktsioonid:
2Ti +3 Cl 3 (t) ¾® Ti +4 Cl 4 (g) + Ti +2 Cl 2 (t)
Edasisel kuumutamisel muudab titaan(II)kloriid samuti ebaproportsionaalseks:
2Ti +2 Cl 2 (t) \u003d Ti 0 (t) + Ti +4 Cl 4 (g)
Ühendid oksüdatsiooniastmega +4. Titaan (IV), tsirkoonium (IV) ja hafnium (IV) oksiidid on tulekindlad, keemiliselt üsna inertsed ained. Neil on amfoteersete oksiidide omadused: pikaajalisel keemisel reageerivad nad aeglaselt hapetega ja sulamise ajal leelistega:
TiO2 + 2H2SO4 = Ti (SO 4) 2 + 2H 2O;
TiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
Titaanoksiid TiO 2 leiab kõige laiemat rakendust, seda kasutatakse täiteainena värvide, kummi ja plastide tootmisel. Tsirkooniumoksiidi ZrO 2 kasutatakse tulekindlate tiiglite ja plaatide valmistamiseks.
Hüdroksiidid titaan (IV), tsirkoonium (IV) ja hafnium (IV) - muutuva koostisega amorfsed ühendid - EO 2 × nH 2 O. Värskelt saadud ained on üsna reaktiivsed ja lahustuvad hapetes, titaanhüdroksiid lahustub ka leelistes. Vananenud setted on äärmiselt inertsed.
Haliidid(kloriidid, bromiidid ja jodiidid) Ti(IV), Zr(IV) ja Hf(IV) on molekulaarse struktuuriga, lenduvad ja reaktsioonivõimelised ning kergesti hüdrolüüsitavad. Kuumutamisel lagunevad jodiidid metallideks, mida kasutatakse kõrge puhtusastmega metallide tootmisel. Näiteks:
TiI 4 = Ti + 2I 2
Titaan-, tsirkoonium- ja hafniumfluoriidid on polümeersed ja halvasti reageerivad.
soola titaani alarühma elemendid oksüdatsiooniastmes +4 on vähesed ja hüdrolüütiliselt ebastabiilsed. Tavaliselt ei teki oksiidide või hüdroksiidide reageerimisel hapetega mitte keskmised soolad, vaid okso- või hüdroksoderivaadid. Näiteks:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d TiOSO 4 + H 2 O; Ti (OH) 4 + 2HCl \u003d TiOСl 2 + H 2 O
Kirjeldatud on suurt hulka titaani, tsirkooniumi ja hafniumi anioonseid komplekse. Kõige stabiilsemad lahustes ja kergesti moodustuvates fluoriidiühendites:
EO2 + 6HF \u003d H2 [EF 6] + 2H2O; EF 4 + 2KF \u003d K 2 [EF 6]
Titaani ja selle analooge iseloomustavad koordineerivad ühendid, milles peroksiidianioon mängib ligandi rolli:
E (SO 4) 2 + H 2 O 2 \u003d H 2 [E (O 2) (SO 4) 2]
Sel juhul omandavad titaan(IV) ühendite lahused kollakasoranži värvi, mis võimaldab analüütiliselt tuvastada titaan(IV) katioone ja vesinikperoksiidi.
Hüdriidid (EN 2), karbiidid (ES), nitriidid (EN), silitsiidid (ESi 2) ja boriidid (EV, EV 2) on muutuva koostisega, metallitaolised ühendid. Binaarsetel ühenditel on väärtuslikud omadused, mis võimaldavad neid tehnoloogias kasutada. Näiteks 20% HfC ja 80% TiC sulam on üks kõige tulekindlamaid, st. 4400 ºС.
Kõrgel temperatuuril ühineb titaan halogeenide, hapniku, väävli, lämmastiku ja muude elementidega. See on aluseks titaanisulamite kasutamisele rauaga ( ferrotaanium) terase lisandina. Titaan ühineb sulaterases leiduva lämmastiku ja hapnikuga ning takistab seeläbi viimase eraldumist terase tahkumisel – valu on homogeenne ega sisalda tühimikke.
Koos süsinikuga moodustab titaan karbiidi. Titaan- ja volframkarbiididest koos koobalti lisamisega saadakse sulamid, mille kõvadus on lähedane teemandile.
Titaan dioksiid TiO 2 on valge tulekindel aine, mis ei lahustu vees ja lahjendatud hapetes. See on amfoteerne oksiid, kuid nii selle aluselised kui ka happelised omadused on nõrgalt väljendunud.
Looduses leitud kui rutiil(kuupsüngoonia), harvem kujul anataas(tetragonaalne süngoonia) ja brookita(rombiline süngoonia). Rutiilis on iga Ti 4+ ioon ümbritsetud kuue O 2- iooniga ja iga O 2- iooni ümbritsetud kolme Ti 4+ iooniga. Ülejäänud kahes kristallivormis on ioonide lähinaabrid samad.
Täiesti puhas titaandioksiid on värvitu. Looduses on see tavaliselt raudoksiididega saastunud ja seetõttu värviline.
Vees ja lahjendatud hapetes täielikult lahustumatu. Soojas kontsentreeritud väävelhappes lahustub see aeglaselt ja võib tekkida titaansulfit Ti(SO 4) 2 , mida aga ei saa puhtal kujul eraldada, kuna see on hõlbus hüdrolüüsil. titanüülsulfit(TiO)S04. See külmas vees lahustuv sool hüdrolüüsub ka kuumutamisel, moodustades H 2 SO 4 ja hüdraaditud titaandioksiidi, nn. titaanist või metatitaanhape. Selle hüdrolüüsi lihtsus viitab titaanhüdroksiidi nõrkadele aluselistele omadustele. Titaansulfaat moodustab leelismetalli sulfaatidega (mida lisatakse titaandioksiidi lahustamiseks kasutatavale väävelhappele) topeltsoolasid, nagu K 2 , mis on hüdrolüüsile vastupidavamad kui lihtsad sulfaadid.
Leelismetallide hüdroksiidid ja karbonaadid sadestuvad sulfaatide lahustest külmas želatiinjas hüdraatunud titaandioksiidis, nn. b-titaanhape, mis erineb β-titaanist suurema reaktsioonivõime poolest (näiteks β-titaanhape lahustub leelistes, milles β-titaan on lahustumatu). Tetravalentset titaanhüdroksiidi ehk titaanhapet Ti(OH) 4 ei saa eraldada, selles sarnaneb see räni- ja tinahappega. b- ja b-titaanhapped, mis on titaan(IV)hüdroksiidi enam-vähem dehüdreeritud derivaadid, on täiesti võrreldavad b- ja b-tinahapetega.
Titanüülsulfaadi, aga ka teiste titaanisoolade neutraalne või hapendatud lahus muutub vesinikperoksiidiga tumeoranžiks (vesinikperoksiidi tuvastamise reaktsioon). Nendest lahustest sadestub ammoniaak peroksiotaanhape H4TiO5 kollakaspruun, valemiga Ti(OH)3O-OH.
TiO 2 kasutatakse tulekindlate klaaside, glasuuride, emailide, kuumuskindlate laboriklaaside valmistamisel, samuti suure peitevõimega valge õlivärvi valmistamiseks ( titaan valge).
Saadakse TiO 2 liitmine BaCO 3-ga baariumtitanaat BaTio 3. Sellel soolal on väga kõrge dielektriline konstant ja lisaks on sellel võime deformeeruda elektrivälja mõjul. Baariumtitanaadi kristalle kasutatakse suure võimsusega ja väikesemahulistes elektrikondensaatorites, ultraheliseadmetes, helikandjates ja hüdroakustilistes seadmetes.
Titaankloriid(IV) TiCl 4, mis saadakse samal viisil kui SiCl 4, on värvitu vedelik keemistemperatuuriga 136 °C ja sulamistemperatuuriga -32 °C, hüdrolüüsides veega, moodustades TiO 2 ja 4HCl. Leelismetallide halogeniididega annab titaan(IV)kloriid topeltkloriidid, mis sisaldavad 2-kompleksi iooni. Titaanfluoriid(IV) TiF4 eraldatakse valge pulbrina sulamistemperatuuriga 284 °C; see on ka kergesti hüdrolüüsitav ja moodustub HF-ga heksafluorotitaan(IV) hape H2TiF6 nagu heksafluorränihape.
Veevaba titaankloriid(III) TiCl3 saadakse purpurse pulbrina, juhtides TiCl4 auru koos H2-ga läbi umbes 700 °C-ni kuumutatud vasktoru. Vesilahuse kujul (lilla) saadakse TiCl4 redutseerimisel vesinikkloriidhappes tsingiga või elektrolüütiliselt. Samuti saadakse titaan(III)sulfaat. Titaan(III)kloriidi vesilahusest kristalliseerub lilla heksahüdraat TiCl3 - 6H2O.
Titaankloriid(II) Mustaks värvitud TiCl 2 saadakse TiCl 3 termilisel lagundamisel temperatuuril 700 ºС vesiniku atmosfääris:
Selle kloriidi värvitu vesilahus oksüdeerub õhus kiiresti ja muutub esmalt purpurseks ja seejärel taas värvituks, kuna moodustub esmalt Ti(III) ühend ja seejärel Ti(IV) ühend.
Titaankarbonitriidid, oksükarbiidid ja oksünitriidid. On leitud, et tulekindlate interstitsiaalsete faaside (TPI) - titaankarbiidide, nitriidide ja oksiidide - lahustumise sõltuvus koostisest on korrelatsioonis TiC-s olevate Ti-Ti sidemete metallilisuse astme muutusega. TiN-TiO seeria, nimelt: faaside metallilisuse astme suurenemisega selles suunas väheneb nende keemiline vastupidavus HCl-s ja H2SO4-s, samas kui HNO3-s suureneb. Kuna karbiididele, nitriididele ja titaanmonooksiidile on iseloomulik täielik vastastikune lahustuvus, võib eeldada, et nende tahkete lahuste ja hapete koostoimel on sarnane muster.
Kirjanduses kättesaadavad andmed TiC x O y ja TiN x O y lahustumisastme sõltuvuse kohta mineraalhapete koostisest on aga selle eeldusega halvasti kooskõlas. Seega on TiC x O y lahustuvus (fraktsioon<56 мкм) в конц. HCl отсутствует вообще (20ўЄC, 6 ч и 100ўЄС, 3 ч), а в H 2 SO 4 - отсутствует при 20ўЄC (6 ч), но монотонно возрастает от 3% (TiC 0.30 O 0.78) до 10% (TiC 0.86 O 0.12) при 100ўЄC (3 ч). Степень растворения TiC x O y (фракция 15-20 мкм) в 92%-ной H 2 SO 4 (100ўЄC, 1 ч), напротив, уменьшается с ростом содержания углерода от 16% (TiC 0.34 O 0.66) до 2%(TiC 0.78 O 0.22). Степень растворения TiC x O y в конц. HCl (d=1,19 g/cm) saavutab samadel tingimustel 1-2%, ilma et ilmneks aga sõltuvus faasi koostisest. TiN x O y lahustumisaste konts. HNO 3 - madal (2,5-3,0%) ja ei sõltu oksünitriidi koostisest (20ўЄC, 6 tundi). Teisest küljest varieerub TiN x O y lahustumisaste HNO 3-s samadel tingimustel väga laias vahemikus: 98% TiC 0,88 O 0,13 korral 4,5% TiC 0,11 O 0,82 korral. Titaankarbonitriidi lahustumisastme ja vesinikkloriid- ja väävelhappe koostise vahelise seose olemuse kohta on raske midagi kindlat öelda. TiC x O y lahustumisaste HCl-s on väga madal (0,3%) ja ei sõltu karbonitriidi koostisest (60°C, 6 h). Siiski konts. H 2 SO 4 see on suurusjärgu võrra kõrgem (3,0-6,5%) ja seda iseloomustab minimaalne (2%) proovi TiC 0,67 O 0,26 korral.
Saadud katseandmed võimaldavad väita, et TiC x N y , TiC x O y ja TiN x O y lahustumise sõltuvus HCl, H 2 SO 4 ja HNO 3 koostisest on üsna kindel ja pealegi sarnane sellega, mis varem määrati kindlaks TiC x , TiN x ja TiO x jaoks. See tähendab, et nende sõltuvuste kvalitatiivselt erineva kulgemise põhjused ühelt poolt HCl-s ja H2SO4-s ning teiselt poolt HNO3-s peavad olema ühised kõikidele uuritud TI-C-N-O süsteemi ühenditele, s.o. määravad Ti-Ti sideme metallilisuse aste ja tekkivate interaktsiooniproduktide passiveerimisvõime.
liitiumtitanaadid Ja tsink Li 2 ZnTi 3 O 8 ja Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 on kuubikujulise spinellstruktuuriga, millel on erinev katioonide jaotus positsioonide vahel. On kindlaks tehtud, et need ühendid on tahked liitiumi juhtivad elektrolüüdid. Li 2 ZnTi 3 O 8-s on liitiumi ja titaani katioonid järjestatud oktaeedrilistesse positsioonidesse vahekorras 1:3, pooled liitiumi ja tsingi aatomitest on statistiliselt jaotunud tetraeedriliste positsioonide vahel: (Li 0,5 Zn 0,5)O 4 . Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12 kristalse keemilise valemi võib kirjutada kui (Zn)O 4 . IR ja Ramani spektrite analüüsi põhjal pakuti välja veel üks viis liitiumi ja tsingi aatomite jaotamiseks nende spinellide struktuuris: liitiumil on tetraeedriline koordinatsioon, tsingil ja titaanil aga oktaeedriline. Täheldati ka TiO 6 oktaeedrite tugevat moonutust: näiteks Li 2 Zn 3 Ti 4 O 12-s on Ti 4+ ioonide keskkond viiekoordinatsioonile lähedane. Nende titanaatide madal ioonjuhtivus kõrgendatud temperatuuridel on seletatav liitiumiaatomite tetraeedrilise koordinatsiooniga.
Halogeniidspinellide Li 2 MX 4 (M=Mg 2+ ,Mn 2+ ,Fe 2+ ; X=Cl - ,Br -) näitel leiti, et liitiumi aatomite katioonne koostis ja jaotus positsioonide vahel on tugevalt väljendunud. mõju elektrijuhtivusele. Kuna spinelli struktuuris ei ole samade katioonsete positsioonide vahel ühiseid tahke, on ioonide transpordiga seotud mitu erinevat positsiooni. Kõrgeid ioonjuhtivuse väärtusi kloriidspinellides täheldati liitiumiaatomite üleminekuga kõrgendatud temperatuuridel tetraeedrilistest positsioonidest 8 seotud ühendite struktuuri häirete tõttu. A vabasse oktaeedrisse asendisse 16 Koos. Sel juhul muudeti spinelli struktuur NaCl tüüpi struktuuriks. Informatiivseks meetodiks kloriidspinellide struktuuri rikkumiste uurimisel oli ühendite Ramani spektrite uurimine kõrgel temperatuuril.
Üldised omadused. Avastamise ajalugu
Titaan (Titanium), Ti, on D. I. Mendelejevi perioodilise elementide süsteemi IV rühma keemiline element. Seerianumber 22, aatommass 47,90. Koosneb 5 stabiilsest isotoobist; on saadud ka kunstlikult radioaktiivseid isotoope.
1791. aastal leidis inglise keemik W. Gregor Menakani linnast (Inglismaa, Cornwall) liiva seest uue "maa", mida ta nimetas Menakani omaks. 1795. aastal avastas saksa keemik M. Klairot mineraalrutiilis seni tundmatu maa, mille metalli nimetas titaaniks [kreeka keeles. mütoloogias on titaanid Uraani (Taevas) ja Gaia (Maa) lapsed]. 1797. aastal tõestas Klaproth selle maa samasust W. Gregori avastatuga. Puhta titaani eraldas 1910. aastal Ameerika keemik Hunter, redutseerides titaantetrakloriidi raudpommis naatriumiga.
Looduses olemine
Titaan on looduses üks levinumaid elemente, selle sisaldus maakoores on 0,6% (massist). See esineb peamiselt TiO 2 dioksiidi või selle ühendite - titanaatide kujul. Mineraalidest on teada üle 60, mille hulgas on ka titaan.Seda leidub ka pinnases, looma- ja taimeorganismides. Ilmeniit FeTiO 3 ja rutiil Titaani tootmise peamine tooraine on TiO 2. Titaani allikana muutuvad oluliseks sulatamisel tekkivad räbud titaanmagnetiidid ja ilmeniit.
Füüsilised ja keemilised omadused
Titaan eksisteerib kahes olekus: amorfne - tumehall pulber, tihedus 3,392-3,395 g / cm 3 ja kristalne, tihedus 4,5 g / cm 3. Kristallilise titaani puhul on teada kaks modifikatsiooni üleminekupunktiga 885° (alla 885°, stabiilne kuusnurkne vorm, üleval - kuup); t° pl umbes 1680°; t° kip üle 3000°. Titaan neelab aktiivselt gaase (vesinik, hapnik, lämmastik), mis muudavad selle väga hapraks. Tehniline metall sobib kuumsurvetöötluseks. Täiesti puhast metalli saab külmvaltsida. Tavatemperatuuril õhus titaan ei muutu, kuumutamisel moodustub Ti 2 O 3 oksiidi ja TiN nitriidi segu. Hapniku voolus punasel kuumusel oksüdeeritakse see TiO 2 dioksiidiks. Kõrgel temperatuuril reageerib süsiniku, räni, fosfori, väävliga jne. Vastupidav mereveele, lämmastikhappele, märjale kloorile, orgaanilistele hapetele ja tugevatele leelistele. See lahustub väävel-, vesinikkloriid- ja vesinikfluoriidhappes, kõige paremini - HF ja HNO 3 segus. Hapetele oksüdeeriva aine lisamine kaitseb metalli toatemperatuuril korrosiooni eest. Neljavalentsed titaanhalogeniidid, välja arvatud TiCl 4 - kristalsed kehad, sulavad ja lenduvad vesilahuses, hüdrolüüsitud, kalduvad moodustama kompleksühendeid, millest tehnoloogias ja analüütilises praktikas on oluline kaaliumfluorotitanaat K 2 TiF 6. Suure tähtsusega on TiC-karbiid ja TiN-nitriid – metallitaolised ained, mida iseloomustab kõrge kõvadus (titaankarbiid on karborundist kõvem), tulekindlus (TiC, t° pl = 3140°; TiN, t° pl = 3200°) ja hea elektrijuhtivus.
Keemiline element number 22. Titaan.
Titaani elektrooniline valem on: 1s 2 |2s 2 2p 6 |3s 2 3p 6 3d 2 |4s 2 .
Titaani seerianumber keemiliste elementide perioodilises süsteemis D.I. Mendelejev - 22. Elemendi number näitab jardi laengut, seetõttu on titaanil tuumalaeng +22, tuuma mass on 47,87. Titaan on neljandas perioodis, teiseses alarühmas. Perioodi number näitab elektronikihtide arvu. Rühma number näitab valentselektronide arvu. Külgmine alarühm näitab, et titaan kuulub d-elementide hulka.
Titaanil on kaks valentselektroni väliskihi s-orbitaalis ja kaks valentselektroni eelväliskihi d-orbitaalis.
Iga valentselektroni kvantarvud:
Halogeenide ja vesinikuga moodustab Ti(IV) TiX 4 tüüpi ühendeid, millel on sp 3 → q 4 hübridisatsioonitüüp.
Titaan on metall. On d-rühma esimene element. Kõige stabiilsem ja levinum on Ti +4 . On ka madalama oksüdatsiooniastmega ühendeid - Ti 0, Ti -1, Ti +2, Ti +3, kuid need ühendid oksüdeeruvad õhu, vee või muude reagentide toimel kergesti Ti +4-ks. Nelja elektroni eraldumine nõuab palju energiat, mistõttu Ti +4 iooni tegelikult ei eksisteeri ja Ti(IV) ühendid sisaldavad tavaliselt kovalentseid sidemeid. Ti(IV) on mõnes mõttes sarnane elementidega Si, Ge, Sn ja Pb, eriti Sn.
Titaaniühendite omadused.
Titaanoksiidid:
Ti (IV) - TiO 2 - Titaandioksiid. Sellel on amfoteerne iseloom. Kõige stabiilsem ja suurima praktilise väärtusega.
Ti(III) - Ti 2 O 3 - titaanoksiid. Sellel on põhiline iseloom. See on lahuses stabiilne ja tugev redutseerija, nagu teised Ti(III) ühendid.
TI (II) - TiO 2 - titaanoksiid. Sellel on põhiline iseloom. Kõige vähem stabiilne.
Titaandioksiid, TiO2, on titaani ühend hapnikuga, milles titaan on neljavalentne. Valge pulber, kuumutamisel kollane. Looduses esineb peamiselt mineraalse rutiili kujul, t ° pl üle 1850 °. Tihedus 3,9 - 4,25 g / cm3. Praktiliselt ei lahustu leelistes ja hapetes, välja arvatud HF. Kontsentreeritud H2SO4-s lahustub see ainult pikaajalisel kuumutamisel. Titaandioksiidi sulatamisel söövitavate või süsivesinike leelistega tekivad titanaadid, mis kergesti hüdrolüüsivad, moodustades külmas ortotaanhappe (või hüdraadi) Ti(OH) 4, mis on hapetes kergesti lahustuv. Seistes muutub see mstatataanhappeks (vorm), mis on mikrokristallilise struktuuriga ja lahustub ainult kuumas kontsentreeritud väävel- ja vesinikfluoriidhappes. Enamik titanate on vees praktiliselt lahustumatud. Titaandioksiidi põhiomadused on rohkem väljendunud kui happelistel, kuid soolad, milles titaan on katiooniks, hüdrolüüsitakse suurel määral ka kahevalentse titanüülradikaali TiO 2 + moodustumisega. Viimane sisaldub soolade koostises katioonina (näiteks titanüülsulfaat TiOSO 4 * 2H 2 O). Titaandioksiid on üks olulisemaid titaaniühendeid, see on lähteaineks teiste titaaniühendite, aga ka osaliselt metallilise titaani tootmisel. Seda kasutatakse peamiselt mineraalvärvina, aga ka täiteainena kummi- ja plastmetallide tootmisel. Sisaldub tulekindlate klaaside, glasuuride, portselanmasside koostisesse. Sellest valmistatakse kunstlikud vääriskivid, värvitud ja värvilised.
Titaandioksiid ei lahustu vees ja lahjendatud mineraalhapetes (v.a vesinikfluoriid) ja lahjendatud leeliselahustes.
Lahustub aeglaselt kontsentreeritud väävelhappes:
TiO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ti (SO4) 2 + 2H 2 O
Vesinikperoksiidiga moodustab see ortotaanhappe H4TiO4:
TiO 2 + 2H 2 O 2 \u003d H 4 TiO 4
Kontsentreeritud leeliselahustes:
TiO 2 + 2NaOH \u003d Na 2 TiO 3 + H 2 O
Kuumutamisel moodustab titaandioksiid ammoniaagiga titaannitriidi:
2TiO2 + 2NH3 \u003d 2TiN + 3H2O + O 2
Kaaliumvesinikkarbonaadi küllastunud lahuses:
TiO 2 + 2KHCO 3 \u003d K 2 TiO 3 + H 2 O + 2CO 2
Oksiidide, hüdroksiidide ja karbonaatidega sulatamisel tekivad titanaadid ja topeltoksiidid:
TiO 2 + BaO = BaO∙TiO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + BaCO 3 = BaO∙TiO2 + CO 2 (BaTiO 3)
TiO 2 + Ba(OH) 2 = BaO∙TiO 2 (BaTiO 3)
Titaanhüdroksiidid:
H2TiO3 - P.R. = 1,0∙10 -29
H2TiO4 - P.R. = 3,6∙10 -17
TIO(OH)2 - P.R. = 1,0∙10 -29
Ti(OH)2 - P.R. = 1,0∙10 -35
Hüdroksiid Ti(IV) - Ti(OH) 4 või H 4 TiO 4 - ortotaanhapet ei eksisteeri ilmselt üldse ja sade, mis sadestub, kui Ti(IV) soolade lahustele lisatakse aluseid, on TiO 2 hüdraatunud vorm. . See aine lahustub kontsentreeritud leelistes ja sellistest lahustest saab eraldada hüdraatunud titanaadid üldvalemiga: M 2 TiO 3 ∙ nH 2 O ja M 2 Ti 2 O 5 ∙ nH 2 O.
Titaanile on iseloomulik komplekside moodustumine vastavate vesinikhalogeniidhapetega ja eriti nende sooladega. Kõige tüüpilisemad on kompleksderivaadid üldvalemiga Me 2 TiG 6 (kus Me on monovalentne metall). Need kristalliseeruvad hästi ja läbivad palju vähem hüdrolüüsi kui esialgsed TiG4 halogeniidid. See näitab Ti6 kompleksioonide stabiilsust lahuses.
Titaani derivaatide värvus sõltub suuresti neis sisalduva halogeeni olemusest:
H 2 EG 6 tüüpi komplekshapete soolade stabiilsus üldiselt suureneb Ti-Zr-Hf seerias ja väheneb F-Cl-Br-I halogeenide seerias.
Kolmevalentsete elementide derivaadid on enam-vähem tüüpilised ainult titaanile. Tumevioletset oksiidi Ti 2 O 3 (mp 1820 °C) võib saada TiO 2 kaltsineerimisel vesinikuvoolus temperatuurini 1200 °C. Sinine Ti 2 O 3 tekib vaheproduktina temperatuuril 700-1000 °C.
Ti 2 O 3 on vees praktiliselt lahustumatu. Selle hüdroksiid moodustub tumepruuni sadena leeliste toimel kolmevalentsete titaanisoolade lahustele. See hakkab sadestuma happelistest lahustest pH = 4 juures, sellel on ainult aluselised omadused ja see ei lahustu liigses leelises. HTiO 2-st toodetud metalltitaniite (Li, Na, Mg, Mn) saadi aga kuivalt. Tuntud on ka Na0,2TiO 2 koostisega sinakasmust “titaanpronks”.
Titaanhüdroksiid (III) oksüdeerub kergesti õhuhapniku toimel. Kui lahuses ei ole muid oksüdeeruvaid aineid, tekib samaaegselt Ti (OH) 3 oksüdeerumisega vesinikperoksiid. Ca (OH) 2 (seob H 2 O 2) juuresolekul kulgeb reaktsioon vastavalt võrrandile:
2Ti(OH)3 + O2 + 2H2O = 2Ti(OH)4 + H2O2
Ti(OH)3-nitraatsoolad redutseeritakse ammoniaagiks.
Violetse TiCl 3 pulbri saamiseks juhitakse TiCl 4 aurude segu üleliigse vesinikuga läbi 650 °C-ni kuumutatud toru. Kuumutamine põhjustab selle sublimatsiooni (koos Ti 2 Cl 6 dimeeri molekulide osalise moodustumisega) ja seejärel dismutatsiooni vastavalt skeemile:
2TiCl 3 \u003d TiCl 4 + TiCl 2
Huvitav on see, et isegi tavatingimustes redutseerub metalliline vask järk-järgult titaantetrakloriidi, moodustades musta ühendi koostisega CuTiCl 4 (st СuCl·TiCl 3).
Titaantrikloriid tekib ka vesiniku toimel TiCl4-le isoleerimise ajal (Zn + hape). Sel juhul muutub värvitu lahus Ti 3+ ioonidele omaselt lillaks, millest saab eraldada kristallilise hüdraadi koostisega TiCl 3 6H 2 O. Tuntud on ka sama koostisega ebastabiilne roheline kristalliline hüdraat, mis vabaneb TiCl 3 küllastunud HCl lahusest. Mõlema vormi, aga ka sarnaste CrCl 3 kristalsete hüdraatide struktuur vastab valemitele Cl 3 ja Cl 2H 2 O. Lahtises anumas seistes muutub TiCl 3 lahus järk-järgult värvituks Ti 3+ oksüdeerumise tõttu. Ti 4+ õhuhapniku toimel vastavalt reaktsioonile:
4TiCl3 + O 2 + 2H 2O \u003d 4TiOCl2 + 4HCl.
Ti3+ ioon on üks vähestest redutseerivatest ainetest, mis redutseerib (happelises keskkonnas) perkloraadid kiiresti kloriidideks. Plaatina juuresolekul Ti 3+ oksüdeerub vee toimel (koos vesiniku eraldumisega).
Veevaba Ti 2 (SO 4) 3 on roheline. See ei lahustu vees ja selle lahus lahjendatud väävelhappes on Ti 3+ soolade jaoks tavalise violetse värvusega. Kolmevalentsest titaansulfaadist saadakse komplekssoolad, peamiselt Me 12H 2 O tüüpi (kus Me on Cs või Rb) ja Me (kristallimisvee sisaldus sõltub katiooni olemusest).
TiO moodustumise soojus (mp 1750 °C) on 518 kJ/mol. See saadakse kuldkollase kompaktse massi kujul, kuumutades TiO 2 + Ti kokkusurutud segu vaakumis temperatuurini 1700 ° C. Huvitav moodus selle tekkeks on titanüülnitriili termiline lagunemine (kõrgvaakumis temperatuuril 1000 °C). Välimuselt metallile sarnane tumepruun TiS saadakse TiS 2 kaltsineerimisel vesinikuvoolus (sel juhul tekivad algselt vahekoostise sulfiidid, eelkõige Ti 2 S 3). Tuntud on ka TiSe, TiTe ja silitsiidkompositsioon Ti 2 Si.
Kõik Ti 2 moodustuvad vastavate Ti 3 halogeniidide kuumutamisel ilma õhu juurdepääsuta nende lagunemise tõttu vastavalt skeemile:
2TiГ3 = TiГ4 + TiГ2
Veidi kõrgematel temperatuuridel läbivad TiG 2 halogeniidid ise dismutatsiooni vastavalt skeemile: 2TiG 2 \u003d TiG 4 + Ti
Titaandikloriidi võib saada ka TiCl4 redutseerimisel vesinikuga temperatuuril 700 °C. See lahustub hästi vees (ja alkoholis) ning vedela ammoniaagiga annab halli ammoniaagi TiCl 2 4NH 3 . TiCl2 lahuse saab saada TiCl4 redutseerimisel naatriumamalgaamiga. Õhuhapniku toimel oksüdeerumise tulemusena muutub TiCl 2 värvitu lahus kiiresti pruuniks, seejärel violetseks (Ti 3+) ja lõpuks jälle värvituks (Ti 4+). Ti(OH) 2 musta sade, mis saadakse leelise toimel TiCl 2 lahusele, on äärmiselt kergesti oksüdeeritav.
Titaan(II)hüdroksiid- anorgaaniline ühend titaanmetallhüdroksiid valemiga Ti(OH) 2, must pulber, vees lahustumatu.
Kviitung
- Kahevalentsete titaanhalogeniidi lahuste töötlemine leelistega:
Füüsikalised omadused
Titaan(II)hüdroksiid moodustab musta sademe, mis lagunemise tõttu muutub järk-järgult heledamaks.
Keemilised omadused
- Laguneb vee juuresolekul ladustamisel:
Kirjutage ülevaade artiklist "Titaan(II)hüdroksiid"
Kirjandus
- Chemical Encyclopedia / Toim.: Knunyants I.L. ja teised - M .: Nõukogude entsüklopeedia, 1995. - T. 4. - 639 lk. - ISBN 5-82270-092-4.
- Keemiku käsiraamat / Toimetus: Nikolsky B.P. ja teised – 3. väljaanne, parandatud. - L.: Keemia, 1971. - T. 2. - 1168 lk.
- Ripan R., Chetyanu I. Anorgaaniline keemia. Metallide keemia. - M .: Mir, 1972. - T. 2. - 871 lk.
|
||||||
| See anorgaanilist ainet käsitlev artikkel on tühine. Saate projekti aidata, lisades sellele. |
Titaan(II)hüdroksiidi iseloomustav väljavõte
Kaunitar läks tädi juurde, kuid Pierre Anna Pavlovna hoidis teda siiski enda kõrval, näidates pilku, nagu oleks tal veel viimane vajalik tellimus teha.- Kas ta pole hämmastav? - ütles ta Pierre'ile, osutades lahkuvale majesteetlikule kaunitarile. - Et quelle tenue! [Ja kuidas ta end hoiab!] Nii noore tüdruku ja sellise taktitunde, nii meisterliku käitumise jaoks! See tuleb südamest! Õnnelik on see, kelle see on! Temaga koos hõivab kõige ebailmalikum abikaasa tahtmatult maailma kõige säravama koha. Pole see? Tahtsin lihtsalt teada teie arvamust - ja Anna Pavlovna lasi Pierre'il minna.
Pierre vastas Anna Pavlovnale siiralt jaatavalt tema küsimusele Heleni enda hoidmise kunsti kohta. Kui ta kunagi Helenile mõtles, mõtles ta just tema ilule ja ebatavalisele rahulikule võimele olla vaikselt maailmas väärt.
Tädi võttis oma nurka kaks noort inimest, kuid näis, et ta tahtis varjata oma jumaldamist Heleni vastu ja tahtis rohkem väljendada oma hirmu Anna Pavlovna ees. Ta vaatas oma õetütrele otsa, justkui küsides, mida ta nende inimestega tegema peaks. Nendest eemaldudes puudutas Anna Pavlovna uuesti sõrmega Pierre'i varrukat ja ütles:
- J "espere, que vous ne direz plus qu" s "ennuie chez moi, [ma loodan, et te ei ütle teist korda, et mul on igav]" - ja vaatas Helenit.
Helen naeratas pilguga, mis ütles, et ta ei luba võimalust, et keegi teda näeb ja teda ei imetleks. Tädi köhatas kurku, neelas sülje ja ütles prantsuse keeles, et tal on väga hea meel Helenit näha; siis pöördus ta Pierre'i poole sama tervitusega ja sama minuga. Keset igavat ja komistavat vestlust vaatas Helen Pierre'ile tagasi ja naeratas talle selle naeratusega, selge, ilus, millega ta naeratas kõigile. Pierre oli selle naeratusega nii harjunud, et see väljendas tema jaoks nii vähe, et ta ei pööranud sellele tähelepanu. Tädi rääkis sel ajal Pierre'i surnud isa krahv Bezukhy nuusktubakakarpide kollektsioonist ja näitas oma nuusktubakast. Printsess Helen palus näha oma tädi abikaasa portreed, mis tehti sellele nuusktubakale.
"See on õige, selle tegi Vines," ütles Pierre, nimetades tuntud miniaturisti, kummardus laua äärde, et võtta nuusktubakas, ja kuulas vestlust teises lauas.
Ta tõusis püsti, tahtes ringi minna, aga tädi tõi nuusktubaka otse Heleni kohale, tema selja taha. Helen kummardus ettepoole, et ruumi teha, ja vaatas naeratades ringi. Ta oli nagu alati õhtuti kleidis, mis oli tolleaegse moe järgi väga avatud, nii eest kui tagant. Tema büst, mis Pierre'ile tundus alati marmorist, oli tema silmadest nii lähedal, et ta oma lühinägelike silmadega märkas tahtmatult tema õlgade ja kaela elavat ilu ning nii lähedal oma huultele, et ta pidi kummarduma. natuke teda puudutada. Ta kuulis tema keha soojust, parfüümi lõhna ja korseti kriuksumist, kui ta liigutas. Ta ei näinud tema marmorist ilu, mis oli üks tema kleidiga, ta nägi ja tundis kogu tema keha võlu, mida katsid ainult riided. Ja olles seda korra näinud, ei näinud ta teisiti, kuidas me ei saa tagasi pöörduda kord selgitatud pettuse juurde.
„Nii et sa pole ikka veel märganud, kui ilus ma olen? – nagu oleks Ellen öelnud. Kas olete märganud, et ma olen naine? Jah, ma olen naine, kes võib kuuluda ükskõik kellele ja ka sulle,” ütles tema pilk. Ja just sel hetkel tundis Pierre, et Helen mitte ainult ei saanud, vaid oleks pidanud olema tema naine, et teisiti ei saanudki olla.
Ta teadis seda sel hetkel sama kindlalt, kui ta oleks seda teadnud, seistes temaga krooni all. Nagu see saab olema? ja millal? ta ei teadnud; ta isegi ei teadnud, kas see oleks hea (ta isegi tundis, et see ei ole mingil põhjusel hea), kuid ta teadis, et see oleks hea.
Pierre langetas silmad, tõstis need uuesti üles ja tahtis teda jälle näha nii kauge, enda jaoks võõra iluga, nagu ta oli teda iga päev varem näinud; aga ta ei saanud enam hakkama. See ei saanud, nii nagu inimene, kes oli varem vaadanud udu sees umbrohutera ja näinud selles puud, nähes rohuliblet, ei saanud selles jälle puud näha. Ta oli talle kohutavalt lähedal. Tal oli tema üle juba võim. Ja tema ja tema vahel polnud enam mingeid tõkkeid, välja arvatud tema enda tahte tõkked.
Bon, je vous laisse dans votre petit coin. Je vois, que vous y etes tres bien, [Olgu, ma jätan su nurka. Ma näen, et tunnete end seal hästi,] - ütles Anna Pavlovna hääl.
Ja Pierre, meenutades hirmuga, kas ta oli teinud midagi taunitavat, vaatas punastades enda ümber. Talle tundus, et kõik teadsid, nagu ka tema, temaga juhtunust.
Mõne aja pärast, kui ta suurele kruusile lähenes, ütles Anna Pavlovna talle:
- On dit que vous embellissez votre maison de Petersbourg. [Öeldakse, et te lõpetate oma Peterburi maja.]
(See oli tõsi: arhitekt ütles, et tal on seda vaja, ja Pierre, teadmata, miks, lõpetas oma hiiglasliku maja Peterburis.)
"C "est bien, mais ne demenagez pas de chez le prince Basile. Il est bon d" avoir un ami comme le prints, ütles ta prints Vassilile naeratades. - J "en sais quelque chose. N" est ce pas? [See on hea, kuid ärge eemalduge prints Vassili juurest. Hea, et sul on selline sõber. Ma tean sellest midagi. Kas pole?] Ja sa oled veel nii noor. Vajad nõu. Sa ei ole minu peale pahane, et ma kasutan vanade naiste õigusi. - Ta vaikis, nagu naised alati vaikivad, oodates midagi pärast seda, kui nad oma aastate kohta ütlevad. - Kui sa abiellud, siis teine asi. Ja ta pani need kokku ühe pilguga. Pierre ei vaadanud Helenile otsa ja tema temale. Kuid ta oli talle ikkagi kohutavalt lähedane. Ta pomises midagi ja punastas.
